超高性能混凝土的优势及巨大发展潜力

　　超高性能混凝土（UHPC）已迅速成为预制混凝土结构物的主要材料。在90年代初期，当它首次进入行业，也被称作“活性粉末混凝土ReactivePowderConcrete，RPC”，是一种继高强、高性能混凝土之后，出现的力学性能、耐久性能都非常优越的新型建筑材料,近十年来被桥梁行业广泛应用。

　　在美国、法国、日本、马来西亚，UHPC已用于建造公路桥梁；在加拿大和委内瑞拉等国已用于人行桥。在美国各州中，UHPC已被用于在弗吉尼亚州和爱荷华州的桥梁梁体建造；在纽约和特拉华州用于桥面铺装；在其他20多个州用于现场浇筑的预制桥梁构件。美国联邦和各州交通运输机构、国家工业组织、私企开发商和生产商都在积极地进行UHPC的性能研究，为此开展了大量基于实验室的试验和实际工程。

　　什么是UHPC

　　与普通混凝土相比，超高性能混凝土在原材料、配合比和施工性等方面的要求有较大的不同。例如，UHPC配制所用水泥强度等级高，水泥用量大，水胶比低，一般使用硅灰等超细辅料，不使用粗骨料而使用石英砂等高强细骨料，同时掺加纤维(钢纤维或复合有机纤维)来降低混凝土的脆性。此外还根据不同需要加入多种外加剂，如胶凝材料（SCM）。

　　UHPC混合料的胶结材料总含量通常可以超过1,500lbs/cud/cudd，这是大多数常规混凝土混合料的胶结材料含量的两倍以上。然而，由于使用了专用的高范围减水剂，水与粘合剂的比例（w/b）通常为0.20或更低。致密的颗粒堆积与超低的w/b相结合，在混凝土中产生了高度精炼的微观结构，从而提供了出色的强度和耐久性。因此，即使在苛刻的外部环境中，例如海洋和冻融环境下，UHPC元件的预期寿命也可以达到200年或更长。

　　尽管尚未就UHPC的定义达成统一，但典型的UHPC抗压强度超过17,000psi，许多甚至可以达到30,000psi以上的强度。与传统的高性能混凝土相比，UHPC的抗压强度可提高3至5倍。然而，其最重要的性能不是抗压强度，而是拉伸性能（在预制构件中的应用尤其明显），这些特性是由于其精细的微观结构和高强度的钢纤维结合而产生，钢纤维的掺入比约为1％～3％（按体积计）（约合78～233千克/立方米）。

　　通过设计调整，可将UHPC混合物设计为可承受1000psi以上拉伸强度和2500psi以上挠曲强度的结构物。此外，设计良好的UHPC混合物可表现出开裂后的延展性和应变硬化，提高残余结构的挠曲强度。

　　其次，UHPC的高延展性使材料产生巨大的韧性，即使没有钢筋的帮助，它也提高了吸收能量的能力，即材料的耗能性。

　　第三，高抗拉强度提高了材料的抗剪强度，并有可能在梁设计中完全摒弃抗剪零件。通过消除箍筋，可以简化设计和生产过程，并可以减小构件腹板（杆）的宽度，使材料的体积和重量大大减少，同时提供与常规钢筋混凝土构件相同的承载力。